高純天然石英是生產(chǎn)透明石英玻璃、石英坩堝的原料，而影響天然石英質(zhì)量的主要雜質(zhì)有礦物雜質(zhì)、元素雜質(zhì)和氣-液雜質(zhì)，其中氣-液雜質(zhì)的含量是影響石英玻璃諸多性能的決定性因素，也是高純石英除雜的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
 
1、氣-液雜質(zhì)對高純石英有哪些影響？
 
　　石英原料中氣-液雜質(zhì)的含量主要影響石英玻璃的透明度，由氣-液雜質(zhì)含量高的原料所熔制的石英玻璃會(huì )帶有一些氣泡和其他缺陷。氣體和水共同作用會(huì )影響石英玻璃的軟化溫度、粘度、擴散系數、機械性能、分相和析晶性能等。
　　在所有的氣體雜質(zhì)中，水是最主要的雜質(zhì)，尤其是高溫水的含量對石英玻璃質(zhì)量的影響最大，是造成石英玻璃中氣泡、氣線(xiàn)等缺陷的主要原因。
 
2、氣-液雜質(zhì)在高純石英中的存在形式有哪些？
 
　　天然石英原料中的氣-液雜質(zhì)含量取決于其地質(zhì)成因及提純工藝。石英中的氣-液雜質(zhì)存在于石英顆粒的表面，以包裹體（宏觀(guān)和微觀(guān)）及分子形式溶解于固體石英中。
 

▲石英中的氣液包裹體顯微照片

　　水是天然石英中的主要氣-液雜質(zhì)，對水來(lái)說(shuō)，有水分子和羥基2種存在方式，其中對于高純石英玻璃質(zhì)量影響最大的是天然石英中高溫水（600～1400℃脫除的水稱(chēng)為高溫水）的含量。
　　根據天然石英中高溫水的含量可將天然石英分為3個(gè)級別:

（1）優(yōu)級，高溫水的含量小于20×10-6；
（2）1級，高溫水的含量為（20～40）×10-6；
（3）2級，高溫水的含量大于40×10-6。
 
　　當天然石英中高溫水的含量高于80×10-6時(shí)，不能用來(lái)生產(chǎn)透明石英玻璃。
 
3、如何定量分析天然石英中的氣-液雜質(zhì)？

　　要想有效去除天然石英中的氣-液雜質(zhì)，就必須對其進(jìn)行定量分析。目前，分析石英中氣-液雜質(zhì)含量的方法有透光度、紅外光譜、氣相色譜分析等，但這些方法不能測出所有的氣-液雜質(zhì)。
　　采用熱動(dòng)力解吸質(zhì)譜分析法（裝有離子氣源和無(wú)油真空泵系統）則可以定量測出天然石英中各種氣-液雜質(zhì)的含量。
　　通過(guò)測試所得的數據，可以計算出不同溫度下水在天然石英中的擴散系數，不僅能用來(lái)判斷天然石英的質(zhì)量，確定其能否用于生產(chǎn)透明石英玻璃，而且還可以根據計算出的水的擴散系數確定脫除天然石英中氣-液雜質(zhì)所需的工藝條件，由于計算公式過(guò)于復雜，在此不進(jìn)行贅述。
　　對石英玻璃廠(chǎng)而言，通過(guò)對其石英原料中氣-液雜質(zhì)的測試，可以在不做工業(yè)實(shí)驗的條件下直接判斷該原料能否用來(lái)生產(chǎn)透明石英玻璃，大大減少選擇天然石英原料的盲目性，提高石英玻璃生產(chǎn)的穩定性。
　　對于高純石英生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，氣-液雜質(zhì)含量較高，不能用來(lái)生產(chǎn)透明石英玻璃的天然石英，能否根據熱動(dòng)力解吸的數據改進(jìn)加工工藝，將其中的氣液雜質(zhì)脫除，用于生產(chǎn)透明石英玻璃，還需做深入研究和實(shí)驗驗證。
 
4、如何有效去除天然石英中的氣-液雜質(zhì)？

　　固體材料中氣液雜質(zhì)的脫除過(guò)程由擴散控制。脫除氣液雜質(zhì)的常用方法是在真空或通入一定介質(zhì)（如：HCl、Cl2、O2）的條件下進(jìn)行熱處理。氣-液雜質(zhì)的脫除速度取決于溫度、比表面積和氣體在固體中的擴散系數。
 
（1）高溫氯化脫氣法
 
　　將石英砂加熱到1000-1200℃并在高溫的條件下通入Cl2和HCl氣體，這種方法是利用在高溫條件下Cl2和雜質(zhì)離子發(fā)生反應，反應生成的氣態(tài)鹽類(lèi)可以從石英晶體微裂紋處排出從而達到提純的效果，這種方法對石英中的羥基有一定去除效果。
　　美國尤尼明公司在2006年利用高溫氯化脫氣法制備的高純石英砂對氣液包裹體的去除效果明顯，其公司的IOTA系列高純石英砂在全球處于絕對領(lǐng)先水平。
 
（2）差異腐蝕法
 
　　在酸或堿的腐蝕下，利用石英晶體與氣液包裹體有著(zhù)不同的腐蝕速率，從而達到去除氣液包裹體的目的。這種處理工藝能有效的去除石英礦中氣液包裹體，有的可以接近四級水晶的氣液包裹體含量標準，但是當石英中氣液包裹體去除到一定程度后繼續增加差異強度，去除效果不再明顯。
 
（3）熱或冷爆裂法
 
　　當石英處于高溫的條件下，石英基體與其中的氣液包裹體界面產(chǎn)生極大的壓力差使得氣液包裹體爆裂，再經(jīng)過(guò)清洗工藝可以達到去除氣液包裹體的效果。高溫下由于石英發(fā)生相轉變可以使得石英中氣液包裹體爆裂，爆裂后再經(jīng)酸洗工藝可以有效去除氣液包裹體。
　　在極冷的條件下，石英中氣液包裹體的去除效果與氣液包裹體自身的形狀和大小有關(guān)系，一部分較大的氣液包裹體容易爆裂從而去除，但是難以去除微小氣液包裹體。
　　不同類(lèi)型的石英礦在高溫下的排氣量不同，這其中排氣量最大的為熱液型石英。而且石英在受熱轉化為方石英時(shí)氣液包裹體中堿金屬離子含量對其有一定影響，包裹體中堿金屬離子含量高而鋁離子含量低時(shí)更容易轉化為方石英從而更有利排出氣液包裹體。
 
（4）微波-酸浸法
 
　　石英砂被微波場(chǎng)加熱至600℃和900℃時(shí)，其氣液包裹體的含量急劇下降，石英顆粒表面產(chǎn)生較多且更寬的微裂紋，大部分氣液包裹體在微波場(chǎng)作用下爆裂并沿著(zhù)微裂紋逸出。
　　這是由于石英砂在600℃和900℃時(shí)發(fā)生了相轉變，此時(shí)石英砂體積迅速膨脹，促使其表面產(chǎn)生微裂紋，并可以使得一部分氣液包裹體爆裂并沿著(zhù)微裂紋逸出。
　　石英砂微波加熱后，再采用混合酸浸進(jìn)行處理，可有效降低氣液包裹體含量，近似達到一級水晶水平。
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編輯整理：粉體技術(shù)網(wǎng)
 

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